Компьютер научили предсказывать химические свойства молекул

Ученые из Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ разработали программный пакет Knodle — для определения связей и степени связи в молекулах. По мнению авторов работы, программа поможет упростить разработку новых лекарств. Исследование представлено в журнале Chemical Information and Modeling.

Компьютерная система Knodle способна определять состояние всех атомов и связей в молекуле химических соединений, которые в том числе могут входить в состав препаратов, предназначенных для лечения различных заболеваний.

В ходе работы аспирантка МФТИ Мария Кадукова и научный сотрудник лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряженных с G белком, МФТИ Сергей Грудинин, применили технологии машинного обучения. Исследователи выбрали нелинейный метод опорных векторов (SVM), который подходит для распознавания рукописного текста и изображений. В программу вносили расположения соседних атомов, в результате чего компьютер показывал, со сколькими соседними атомами он соединен.

В ходе экспериментов ученые составили примеры из 7605 соединений с известными структурой и состояниями атомов. «В этом кроется решающая сила разработанного пакета, так как при обучении на большей базе результат распознавания лучше. Сейчас Knodle находится на шаг впереди подобных себе программ: он допускает всего 3,9% ошибок, тогда как ближайший конкурент 4,7%», — объясняет Мария Кадукова.

Исследователи отмечают, что программу легко изменить под конкретную задачу. Например, сейчас Knodle не работает с веществами, которые содержат металлы, поскольку эти соединения относительно редки. Однако, если окажется, что лекарство от Альцгеймера будет эффективнее, если в нем будет металл, то для адаптации программы потребуется только набрать базу с металлическими соединениями.